第六讲：结构抗风计算概念、顺风效应(2013)

• μS = w/ w0 = w实际/ w计算
μS查荷载规范表7.3.1 • 验算围护构件及其连接的强度时,采用局部风压体型
系数 • 一、外表面 • 正压区- 查表； • 负压区-对墙面,取-1.0;
-对墙角边,取-1.8; -屋面局部,取-2.2; -对檐口、雨蓬、遮阳板等突出构件，取-2.0。 二、内表面 对封闭式建筑物，按外表面风压的正负情况取-0.2或0.2
۞对于风敏感的或跨度大于36m的柔性屋 盖结构，应考虑风压脉动对结构产生风 振的影响。屋盖结构的风振响应，宜依 据风洞试验结构按随机振动理论计算确 定。
屋盖结构不宜采用与高层建筑或高耸结构相同
的风振系数计算方法。
屋盖结构的脉动风压除与风速脉动有关外，还 和流动分离、再附及漩涡脱落等复杂的流动现 象有关。 风压谱不能直接用风速谱表示。
x1
30 f 1
24.618
kw
w0
R
x2
1
6 1
1
x2 1
4
3
1.111
0.901 x
0.716 z
查表 k 0.295 a 0.261
1
背景分量因子
B
kH a1
(z) 1
z
x z
z
B 1 0.295 1000.261 0.901 0.716 0.02
z
0.65
μz1~5 =0.65,0.88,1.10,1.28,1.43 φz1~5 =0.02,0.17,0.38,0.67,0.86 Bz1~5 =0.019，0.122,0.219,0.331,0.381
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Z 1 1 2 2.5 0.23 0.019 111.1112
Z1 ~ 5 1.033,1.210,1.377,1.569,1.655
工程上常假定为零均值正态平稳随机工程。
3.4 顺风向结构风效应
3.4.1 顺风向平均风效应
1、风荷载体型系数（μS) (Style)
工程结构物不能理想地使自由气流停滞，而是让气流
以不同方式在结构表面绕过，因此需对风压计算公式进
行修正，修正系数与结构物的体型有关，称为风荷载体
型系数。
外区（伯努利式）
悬挑型大跨屋盖结构与一般悬臂型结构类似，第一阶振 型对风振响应的贡献最大。
例题---顺风向风效应 已知城市市区一矩形 平面RC高层建筑,平 面沿高度保持不变。 H=100m,B=33m, D=40m。 基本风压w0=0.44kN/m2， 结构自振周期T1=2.5s。 求风产生的建筑底部 弯矩。
V>V0或V=0 μS〈 0
V<V0或V=0 0〈μS ≤1
实用时将同一部位的μS
值进行平均，作为该部位 的风荷载体形系数代表值
2、平均风下结构的等效静风压
平均风对结构的作用可等效为静力荷载，考虑高度、体 型修正，等效静风压为：
3.4.1 顺风向脉动风效应
顺风向脉动风作用下结构的动力响应--风振计算应按随 机振动理论进行，结构的自振周期应按结构动力学计算。 规范条件： ۞对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋以 及基本自振周期T1大于0.25 s的各种高耸结构，应考虑 风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。在原则上应考 虑多个振型的影响。
高度 10 30 50 70 90
μz 0.65 0.88 1.10 1.28 1.43
3、风振系数 Z 1 2 gI 10 BZ 1 R 2
g —— 峰值因子，2.5
I10—— 名义湍流强度，0.23（C类地貌）
f1=1/T1=1/2.5=0.4 w0=0.44 ζ1=0.05
kw=0.54 （C类地貌）
完全从理论上确定任意受
气流影响的物体表面的压
力尚做不 到。
一般通过试验方法（风洞
试验、实际测量风压分布
）确定μS 。
脱体
（内区） 粘性、湍 流影响
压力可 按伯努 利方程 式确定
脱体点
p0+½ ρv02 = p +½ ρv 2 w=p-p0=(1-v2/v02)½ρv02 = μS w0
μS =1-v2/v02
为简化计算，将建筑沿高度划分为5个计算区段，每个
区段20m高，区段中点位置风荷载值作为该区段的平均
风荷载值。
解：
1、体型系数。
-0.7
迎风面 0.8(压），背风面0.5(吸）
+0.8
顺风向总体型系数 μs=1.3
-0.5 2、风压高度变化系数μz
城市市区、地面粗糙度类别C
-0.7
各区段风压高度及 μz 值如下
3.3 结构抗风计算的几个重要概念
3.3.1 结构的风力与风效应：
1、风力---作用于物体表面的风压沿表面积分,将得到三种 力的成分:顺风向力PD、横风向力PL、扭风力矩PM。 2、结构风效应—— 由风力产生的结构位移、速度、加速 度响应。
3.3.2 顺风向平均风与脉动风：
顺风向风速成分
长周期成分(10min) 顺风向风效应
计算单位宽度内底部弯矩 mk =0.38×10+0.61×30 +0.87×50+1.15×70+1.35×90
=267.6 (kN.m/ m2)
建筑底部弯矩 Mk =267.6 ×20 ×33=1.7662 ×105 (kN.m)
4、各区段中点高度处风压值( wk=βzμs μz w0 )
Wk1=1.033 ×1.3 ×0.65 ×0.44=0.38(kN/m2) Wk2=1.210 ×1.3 ×0.88 ×0.44=0.61(kN/m2) Wk3=1.377 ×1.3 ×1.10 ×0.44=0.87(kN/m2) Wk4=1.569 ×1.3 ×1.28 ×0.44=1.15(kN/m2) Wk5=1.655 ×1.3 ×1.43 ×0.44=1.35(kN/m2)
短周期成分(几秒)
平均风(稳定风)
脉动风(阵风脉动)
顺风向风效应特点 平均风: 对结构的动力影响很小,可等效为静力作用。 脉动风：使结构产生动力响应。是引起结构顺风向振动
的主要原因。
平均风 脉动风
地面粗糙度大的上空 风速小 脉动风幅值大且频率高
地面粗糙度小的上空 风速大 脉动风幅值小且频率低
脉动风速一般处理为随机过程[vf(t),t∈T]